JP2013001343A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve safety when a fuel cell system is mounted in a mobile object.SOLUTION: This fuel cell system 12 is mounted under a floor panel 15 of a mobile object 10. The fuel cell system 12 includes a case 16 having an opening in its first surface and a cover 18 for covering the opening. The opening is formed in the opposite direction to a guest room, and the guest room is not affected if abnormal combustion is caused in the case 16. By forming the cover 18 of a steel plate, the damage of the fuel cell system 12 by the interference with the road surface is prevented.

Description

本発明は燃料電池システムに関し、特に移動体搭載時の構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a structure when a moving body is mounted.

燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池において、燃料電池を収納する筐体内でガス漏れが生じた場合においても安全性を確保する技術が提案されている。   In a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, a technique has been proposed that ensures safety even when a gas leak occurs in a housing that houses the fuel cell.

例えば、下記の特許文献１には、水素を含む燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、制御器と、制御器に制御動作のための電力を供給する電源回路と、燃料電池、制御器、電源回路を収納する筐体と、筐体内における可燃性ガスの漏れを検知する可燃性ガス漏れ検出器と、筐体内部を換気する換気ファンとを備え、換気ファンの動作異常状態もしくは動作停止中で、かつ可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知された場合に、電源回路の動作を停止することが開示されている。   For example, the following Patent Document 1 includes a fuel cell that generates power using a fuel gas containing hydrogen, a controller, a power supply circuit that supplies power for control operation to the controller, a fuel cell, a controller, Equipped with a housing that houses the power supply circuit, a flammable gas leak detector that detects leakage of flammable gas in the housing, and a ventilation fan that ventilates the interior of the housing, and the ventilation fan is operating abnormally or not operating In addition, it is disclosed that the operation of the power supply circuit is stopped when a gas leak is detected by the combustible gas leak detector.

特開２０１０−２３８５２０号公報JP 2010-238520 A

ところで、燃料電池を収納する筐体あるいはケースの上方を開放部とし、当該開放部にカバーを被覆し、カバーに開口を設けることで仮に可燃性ガスが漏れたとしても開口から可燃性ガスを外部に拡散させることが可能であるが、このような構成の燃料電池をハイブリッド自動車や電気自動車等の移動体のフロアパネル下に搭載する場合、筐体内の異常燃焼によってカバーが変形し、このカバーの変形によりフロアパネルが変形し得る。また、筐体あるいはケースは一般に鋳物で構成されるため、移動時に路面と干渉すると筐体あるいはケースの破損が生じ得る。   By the way, the upper part of the housing or case housing the fuel cell is an open part, and the open part is covered with a cover, and even if flammable gas leaks by providing an opening in the cover, the combustible gas is removed from the opening to the outside. However, when a fuel cell with such a configuration is mounted under the floor panel of a moving body such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, the cover is deformed due to abnormal combustion in the housing, and the cover The floor panel can be deformed by the deformation. Further, since the casing or the case is generally made of a casting, the casing or the case may be damaged if it interferes with the road surface during movement.

本発明の目的は、燃料電池システムを移動体に搭載した際の移動体客室への影響を防止するとともに、路面との干渉によるシステムの破損をより一層有効に防止できる燃料電池システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing the influence on the mobile cabin when the fuel cell system is mounted on a mobile body, and more effectively preventing damage to the system due to interference with the road surface. It is in.

本発明は、燃料電池スタックを収納するケースと、前記ケースの一面に形成された開放部を覆うカバーとを備え、前記カバーは前記ケースに固定され、前記ケースは移動体のフレームに固定され、前記ケースの一面に形成された前記開放部は、前記移動体の客室と反対方向に形成されることを特徴とする。   The present invention comprises a case for storing a fuel cell stack, and a cover that covers an open portion formed on one surface of the case, the cover is fixed to the case, and the case is fixed to a frame of a moving body, The opening portion formed on one surface of the case is formed in a direction opposite to the cabin of the moving body.

本発明の１つの実施形態では、前記ケースは、前記移動体のフロアパネル下に搭載され、前記開放部は、鉛直下方方向に形成される。   In one embodiment of the present invention, the case is mounted under the floor panel of the movable body, and the opening is formed in a vertically downward direction.

また、本発明の他の実施形態では、前記ケースは鋳鉄で構成され、前記カバーは鋼板で構成される。   In another embodiment of the present invention, the case is made of cast iron, and the cover is made of a steel plate.

また、本発明の他の実施形態では、前記ケースは、前記開放部の縁から突設するフランジを備え、前記フランジにより前記移動体のフレームに固定される。   In another embodiment of the present invention, the case includes a flange projecting from an edge of the opening, and is fixed to the frame of the moving body by the flange.

本発明によれば、移動体に搭載した際の移動体客室への影響を防止するとともに、路面との干渉によるシステムの破損を防止できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being mounted in a mobile body, while preventing the influence on a mobile body passenger room, the failure | damage of a system by interference with a road surface can be prevented.

実施形態の模式的説明図である。It is a typical explanatory view of an embodiment. 実施形態のケースの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the case of embodiment. 実施形態のケースの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the case of embodiment. 図２のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図４の詳細図である。FIG. 5 is a detailed view of FIG. 4. 図２のＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing of FIG.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に、本実施形態における燃料電池システムを移動体に搭載した場合の模式図を示す。ハイブリッド自動車や電気自動車等の移動体１０のフロアパネル下に、燃料電池システム１２が搭載される。燃料電池システム１２は、移動体１０のフロアパネル１５下に設けられたサブフレーム１４に支持される。図１に、燃料電池システム１２の一部拡大図を併せて示す。燃料電池システム１２は、複数の単セルを積層して構成される燃料電池スタックを収納するケース１６と、このケース１６の開放部を被覆するカバー１８から構成される。カバー１８は、ケース１６の端部においてケース１６に固定される。また、ケース１６はサブフレーム１４に固定される。サブフレーム１４は、移動体のフロアパネルに固定される。   FIG. 1 shows a schematic diagram when the fuel cell system according to the present embodiment is mounted on a moving body. A fuel cell system 12 is mounted under the floor panel of a moving body 10 such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. The fuel cell system 12 is supported by a subframe 14 provided below the floor panel 15 of the moving body 10. FIG. 1 also shows a partially enlarged view of the fuel cell system 12. The fuel cell system 12 includes a case 16 that houses a fuel cell stack configured by stacking a plurality of single cells, and a cover 18 that covers an open portion of the case 16. The cover 18 is fixed to the case 16 at the end of the case 16. The case 16 is fixed to the subframe 14. The subframe 14 is fixed to the floor panel of the moving body.

ケース１６の開放部は、図１に示すように、燃料電池システム１２をフロアパネル下に搭載する場合に、移動体の客室と反対方向に設けられる。すなわち、燃料電池システム１２は、客室の下部に設けられる場合に、開放部は鉛直下方向に設けられる。   As shown in FIG. 1, the opening portion of the case 16 is provided in a direction opposite to the cabin of the moving body when the fuel cell system 12 is mounted under the floor panel. That is, when the fuel cell system 12 is provided in the lower part of the passenger compartment, the opening part is provided vertically downward.

このように、燃料電池システム１２のケース１６の開放部を客室と反対方向に形成することで、仮にケース１６内で異常燃焼が生じた場合でも、カバー１８は客室とは反対方向に変形するため、客室への影響はない。   Thus, by forming the opening part of the case 16 of the fuel cell system 12 in the direction opposite to the cabin, the cover 18 is deformed in the direction opposite to the cabin even if abnormal combustion occurs in the case 16. There is no impact on the rooms.

また、ケース１６は成形の容易性を考慮して鋳物等で構成されるが、カバー１８は平板であって成形性をケース１６ほど考慮する必要がなく、鋼板等を用いることができる。このため、移動体の移動時に路面と干渉しても、カバー１８の変形を防止でき、ケース１６内部の燃料電池スタック等を保護できる。   In addition, the case 16 is made of a casting or the like in consideration of ease of forming, but the cover 18 is a flat plate, and it is not necessary to consider the formability as much as the case 16, and a steel plate or the like can be used. For this reason, even if it interferes with the road surface when the moving body moves, the cover 18 can be prevented from being deformed, and the fuel cell stack and the like inside the case 16 can be protected.

さらに、ケース１６はサブフレーム１４に固定されるが、ケース１６をサブフレーム１４に固定するためケース１６端部のフランジ等の成形が容易化される効果もある。すなわち、ケース１６の開放部が客室の方法、すなわち鉛直上方の場合には、ケース１６端部のフランジ等の成形はアンダーカットとなるため比較的困難となるが、ケース１６の開放部を鉛直下方とすることで、ケース１６端部はアンダーカットとならず、フランジ等の成形が容易となる。   Further, the case 16 is fixed to the subframe 14, but since the case 16 is fixed to the subframe 14, there is an effect that the forming of the flange or the like at the end of the case 16 is facilitated. That is, when the opening part of the case 16 is a cabin method, that is, vertically upward, it is relatively difficult to form a flange or the like at the end of the case 16 because it is undercut. By doing so, the end portion of the case 16 is not undercut, and molding of a flange or the like is facilitated.

図２に、本実施形態における燃料電池システムのケース１６の外観斜視図を示す。また、図３に、ケース１６を裏面側から見た外観斜視図を示す。ケース１６は、外観形状が略直方体であり、長辺方向が移動体の幅方向、短辺方向が移動体の前後方向となるように搭載される。ケース１６の端部、より具体的にはケース１６の開放部の縁には、３個のフランジ１７が突設される。   FIG. 2 shows an external perspective view of the case 16 of the fuel cell system in the present embodiment. FIG. 3 shows an external perspective view of the case 16 as viewed from the back side. The case 16 is mounted so that the external shape is a substantially rectangular parallelepiped, and the long side direction is the width direction of the moving body, and the short side direction is the front-rear direction of the moving body. Three flanges 17 project from the end of the case 16, more specifically, at the edge of the open portion of the case 16.

ケース１６は、燃料電池スタックと一体化して形成され、ダイカスト鋳造で大まかな形状を成形した後、機械加工により形成される。ケース１６は、例えば鋳物の適したアルミニウム材から構成される。ケース１６の肉厚は、２．５ｍｍ程度に設定される。   The case 16 is formed integrally with the fuel cell stack, and is formed by machining after a rough shape is formed by die casting. The case 16 is made of an aluminum material suitable for casting, for example. The thickness of the case 16 is set to about 2.5 mm.

ケース１６、ケース１６の端部から突設された３個のフランジを用いてサブフレーム１４に固定される。フランジ１７には、ブッシュ型のマウントゴムが圧入され、燃料電池システムの水素ポンプ等の補機類の振動がサブフレーム１４に伝播することを抑制する。水素ポンプ等の補機類は、燃料電池スタックの積層方向端部に配置されるエンドプレートに取り付けられる。マウントゴムの特性は、燃料電池スタックを移動体に搭載した場合における移動体上下方向のバネ定数が、横方向のバネ定数よりも大きくなるように設定される。   The case 16 is fixed to the subframe 14 using three flanges protruding from the end of the case 16. A bush-type mount rubber is press-fitted into the flange 17 to suppress propagation of vibrations of auxiliary equipment such as a hydrogen pump of the fuel cell system to the subframe 14. Auxiliary equipment such as a hydrogen pump is attached to an end plate disposed at the end of the fuel cell stack in the stacking direction. The characteristics of the mount rubber are set so that the spring constant in the vertical direction of the moving body when the fuel cell stack is mounted on the moving body is larger than the spring constant in the horizontal direction.

図４に、図２におけるＡ−Ａ断面を示す。燃料電池スタック（ＦＣ）と一体化したケース１６の鉛直下方は開放部が形成されており、この開放部を被覆するようにカバー１８が設けられる。カバー１８は、ケース１６の端部１９でケース１６に固定される。また、ケース１６は、３個のフランジ１７を用いてサブフレーム１４にボルト固定される。   FIG. 4 shows an AA cross section in FIG. An open portion is formed vertically below the case 16 integrated with the fuel cell stack (FC), and a cover 18 is provided so as to cover the open portion. The cover 18 is fixed to the case 16 at the end 19 of the case 16. The case 16 is bolted to the subframe 14 using three flanges 17.

図５に、図４の詳細図を示す。ケース１６内であって燃料電池スタック（ＦＣ）の側部には、各セルの電圧や温度等を監視するセルモニタ２２が設けられる。また、燃料電池スタック（ＦＣ）の長手方向に沿ってシャフト２０が形成される。さらに、ケース１６と燃料電池スタック（ＦＣ）との間には、ケース１６と燃料電池スタック（ＦＣ）との絶縁性を維持するために絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４が配設される。絶縁シート２４−１は、燃料電池スタック（ＦＣ）の下部及び前側面に配設される。絶縁シート２４−２は、燃料電池スタック（ＦＣ）の上部に配設される。絶縁シート２４−３は、燃料電池スタック（ＦＣ）の上部のうち移動体の後部部分に配設される。絶縁シート２４−４は、燃料電池スタック（ＦＣ）の後側面に配設される。絶縁シート２４−１と、絶縁シート２４−４との間は、燃料電池スタック（ＦＣ）とセルモニタ２２とを接続するケーブルを通すために空隙２６が形成されている。また、絶縁シート２４−１と絶縁シート２４−２、及び絶縁シート２４−３と絶縁シート２４−４は互いにオーバラップするように配設される。例えば、絶縁シート２４−１と絶縁シート２４−２は、上部の絶縁シート２４−２が絶縁シート２４−１の上に重なるように部位２９でオーバラップされる。このように上部の絶縁シート２４−２，２４−３を下部の絶縁シート２４−１，２４−４の上に重なるようにオーバラップすることで、上方からの埃や水等の異物の侵入を防止できる。絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４は、例えばＰＥＴ等の樹脂から構成される。絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４は、ＰＥＴ材を高温にして折り曲げ加工することにより燃料電池スタック（ＦＣ）の外形にほぼ沿う形状に予め成形される。   FIG. 5 shows a detailed view of FIG. A cell monitor 22 for monitoring the voltage and temperature of each cell is provided in the case 16 and on the side of the fuel cell stack (FC). A shaft 20 is formed along the longitudinal direction of the fuel cell stack (FC). Furthermore, between the case 16 and the fuel cell stack (FC), in order to maintain insulation between the case 16 and the fuel cell stack (FC), insulating sheets 24-1, 24-2, 24-3, 24 -4 is disposed. The insulating sheet 24-1 is disposed on the lower and front side surfaces of the fuel cell stack (FC). The insulating sheet 24-2 is disposed on the upper part of the fuel cell stack (FC). The insulating sheet 24-3 is disposed in the rear part of the moving body in the upper part of the fuel cell stack (FC). The insulating sheet 24-4 is disposed on the rear side surface of the fuel cell stack (FC). A gap 26 is formed between the insulating sheet 24-1 and the insulating sheet 24-4 in order to pass a cable connecting the fuel cell stack (FC) and the cell monitor 22. Moreover, the insulating sheet 24-1 and the insulating sheet 24-2, and the insulating sheet 24-3 and the insulating sheet 24-4 are disposed so as to overlap each other. For example, the insulating sheet 24-1 and the insulating sheet 24-2 are overlapped at the portion 29 such that the upper insulating sheet 24-2 overlaps the insulating sheet 24-1. In this way, the upper insulating sheets 24-2 and 24-3 are overlapped with the lower insulating sheets 24-1 and 24-4 so that foreign matter such as dust and water can enter from above. Can be prevented. The insulating sheets 24-1, 24-2, 24-3, and 24-4 are made of a resin such as PET, for example. The insulating sheets 24-1, 24-2, 24-3, and 24-4 are previously formed into a shape that substantially conforms to the outer shape of the fuel cell stack (FC) by bending the PET material at a high temperature.

なお、ケース１６の内面には、絶縁性を向上させるために絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４に加えてポリエチレン（ＰＥ）をコーティングしてもよい。   In addition, in order to improve insulation, the inner surface of the case 16 may be coated with polyethylene (PE) in addition to the insulating sheets 24-1, 24-2, 24-3, and 24-4.

また、ケース１６とカバー１８とをシールするシール材を収容するための凹溝２８がケース１６に形成される。   Further, a concave groove 28 is formed in the case 16 for accommodating a sealing material that seals the case 16 and the cover 18.

図６に、図２のＢ−Ｂ断面を示す。燃料電池スタック（ＦＣ）のセル積層方向の端部にはエンドプレート３０が配設される。エンドプレート３０には、水素ポンプ３２や気液分離器３３、バルブアッシー３４等の補機類が取り付けられる。水素ポンプ３２等の補機類は、補機カバー３６で被覆される。補機カバー３６はエンドプレート３０に取り付けられる。   FIG. 6 shows a BB cross section of FIG. An end plate 30 is disposed at the end of the fuel cell stack (FC) in the cell stacking direction. Auxiliary equipment such as a hydrogen pump 32, a gas-liquid separator 33, and a valve assembly 34 is attached to the end plate 30. Accessories such as the hydrogen pump 32 are covered with an accessory cover 36. The auxiliary machine cover 36 is attached to the end plate 30.

ケース１６の鉛直下方の開放部にはカバー１８が固定されるが、ケース１６のはりの厚さ分だけカバー１８と燃料電池スタック（ＦＣ）との間に空間４０が形成される。外部から水がケース１６内に浸入した場合、この空間４０に水が溜るため、燃料電池スタック（ＦＣ）の絶縁性が確保される。   A cover 18 is fixed to an open part below the case 16, but a space 40 is formed between the cover 18 and the fuel cell stack (FC) by the thickness of the beam of the case 16. When water enters the case 16 from the outside, the water accumulates in the space 40, so that insulation of the fuel cell stack (FC) is ensured.

以上のように、本実施形態では、ケース１６の開放部を移動体の客室とは反対方向に形成しているので、ケース１６内で異常燃焼が生じても客室側の変形が防止される。また、ケース１６は成形性を考慮して鋳鉄等から構成するものの、開放部を被覆するカバー１８は鋼板等から構成できるため、路面との干渉が生じても破損が防止される。   As described above, in the present embodiment, the opening portion of the case 16 is formed in the direction opposite to the cabin of the moving body, so that deformation of the cabin side is prevented even if abnormal combustion occurs in the case 16. Further, although the case 16 is made of cast iron or the like in consideration of formability, the cover 18 covering the open portion can be made of a steel plate or the like, so that damage is prevented even if interference with the road surface occurs.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。   In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation is possible.

例えば、本実施形態では、燃料電池システム１２を移動体のフロアパネル１５の下に搭載しているが、エンジンルーム内に搭載してもよく、この場合においてもケース１６の開放部は客室とは反対方向に形成するのが望ましい。エンジンルームが移動体の前方にある場合、ケース１６の開放部は結果的に移動体の前方方向に向くことになる。また、燃料電池システム１２を移動体の後部トランクに搭載してもよく、この場合においてもケース１６の開放部は客室とは反対方向に形成する。   For example, in this embodiment, the fuel cell system 12 is mounted under the floor panel 15 of the moving body. However, the fuel cell system 12 may be mounted in the engine room. It is desirable to form in the opposite direction. When the engine room is in front of the moving body, the opening portion of the case 16 is eventually directed in the forward direction of the moving body. Further, the fuel cell system 12 may be mounted on the rear trunk of the moving body, and in this case, the open portion of the case 16 is formed in the direction opposite to the cabin.

また、本実施形態では、燃料電池スタック（ＦＣ）の絶縁性を確保するために４つの絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４を燃料電池スタック（ＦＣ）とケース１６並びにカバー１８との間に配設しているが、絶縁シートの枚数は特に限定されない。但し、少なくとも燃料電池スタック（ＦＣ）の上部を覆う絶縁シートと、燃料電池スタック（ＦＣ）の下部を覆うシートを備え、両シートを互いにオーバラップさせて配設するのが望ましい。   In this embodiment, in order to ensure the insulation of the fuel cell stack (FC), the four insulating sheets 24-1, 24-2, 24-3, and 24-4 are connected to the fuel cell stack (FC) and the case 16. In addition, the number of insulating sheets is not particularly limited. However, it is desirable to provide an insulating sheet that covers at least the upper part of the fuel cell stack (FC) and a sheet that covers the lower part of the fuel cell stack (FC), and that both sheets overlap each other.

さらに、本実施形態では、ケース１６に突設された３個のフランジ１７でケース１６を移動体１０のサブフレーム１４に固定しているが、フランジ１７の数も特定に限定されるものではない。複数のフランジのうちの少なくとも１つは、エンドプレート３０に設けてもよい。   Furthermore, in this embodiment, the case 16 is fixed to the subframe 14 of the moving body 10 by the three flanges 17 protruding from the case 16, but the number of the flanges 17 is not limited to a specific one. . At least one of the plurality of flanges may be provided on the end plate 30.

１０ 移動体、１２ 燃料電池システム、１４ サブフレーム、１５ フロアパネル、１６ ケース、１７ フランジ、１８ カバー、２０ シャフト、２２ セルモニタ、２４−１，２４−２，２４−３，２４−４ 絶縁シート、２８ 凹溝、３０ エンドプレート、３２ 水素ポンプ、３３ 気液分離器、３４ バルブアッシー、３６ 補機カバー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mobile body, 12 Fuel cell system, 14 Sub frame, 15 Floor panel, 16 Case, 17 Flange, 18 Cover, 20 Shaft, 22 Cell monitor, 24-1, 24-2, 24-3, 24-4 Insulation sheet, 28 Groove, 30 End plate, 32 Hydrogen pump, 33 Gas-liquid separator, 34 Valve assembly, 36 Auxiliary machine cover.

Claims (4)

燃料電池スタックを収納するケースと、
前記ケースの一面に形成された開放部を覆うカバーと、
を備え、
前記カバーは前記ケースに固定され、
前記ケースは移動体のフレームに固定され、
前記ケースの一面に形成された前記開放部は、前記移動体の客室と反対方向に形成される
ことを特徴とする燃料電池システム。 A case for storing the fuel cell stack;
A cover that covers an opening formed on one surface of the case;
With
The cover is fixed to the case;
The case is fixed to the frame of the moving body,
The fuel cell system, wherein the opening portion formed on one surface of the case is formed in a direction opposite to a cabin of the moving body. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記ケースは、前記移動体のフロアパネル下に搭載され、
前記開放部は、鉛直下方方向に形成される
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The case is mounted under the floor panel of the moving body,
The open portion is formed in a vertically downward direction. A fuel cell system. 請求項１，２のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記ケースは鋳鉄で構成され、
前記カバーは鋼板で構成される
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 and 2,
The case is made of cast iron,
The fuel cell system, wherein the cover is made of a steel plate. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記ケースは、前記開放部の縁から突設するフランジを備え、前記フランジにより前記移動体のフレームに固定される
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The case includes a flange projecting from an edge of the open portion, and is fixed to the frame of the moving body by the flange.
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